焊接工艺规程.ppt

第1篇第4章焊接工艺规程设计 4 1焊接符号与标注4 2焊接接头及坡口型式4 3焊接应力与变形4 4焊接工艺要素和规范4 5焊接工艺评定4 6焊接裂纹与控制4 7锅炉压力容器用钢焊接4 8焊接结构工艺性 工艺规程基本概念规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程 工艺规程是指导生产组织生产 管理生产的主要工艺文件 是加工 检验验收 生产调度与安排的主要依据 工艺规程也是生产 组织和管理工作的基本依据 因为在生产管理中 产品投产前原材料及毛坯的供应 通用工艺装备的准备 机床负荷的调整 专用工艺装备的设计和制造 作业计划的编排 劳动力的组织以及生产成本的核算等都是以工艺规程作为基本依据的 4 1焊缝符号及标注焊接图是供焊接加工时所用的图样 除了将焊接件的结构表达清楚以外 还必须把焊接的有关内容表示清楚 如焊接接头型式 焊缝型式 焊缝尺寸 焊接方法等 要看懂焊接机械设备图纸 就必须了解焊缝的符号及其标注方法 焊缝代号是工程语言的一种 它可以统一焊接结构图纸上的符号 我国的焊缝符号是由国家标准GB324 88规定的 焊缝符号由以下内容组成 1 常用焊接方法的代号可用简明的字母符号来代表各种常用的焊接方法 具体内容见表4 1 4 1焊缝符号及标注2 基本符号焊缝符号由基本符号与指引线组成 必要时还要加上辅助符号 补充符号和焊缝尺寸符号 基本符号是表示焊缝横截面形状的符号 它采用近似于焊缝横截面形状符号表示 表4 2 3 辅助符号及补充符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号 不需要确切地说明焊缝的表面形状时 可不用 补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面用的符号 它们的表示方法见表4 3 4 焊缝的尺寸符号在设计或生产需注明焊缝尺寸时 用焊缝尺寸符号表示 见表4 4 4 1焊缝符号及标注5 指引线 1 指引线由带箭头的箭头线和两条基准线 一条为细实线 一条为虚线 两部分组成 2 虚线可画在细实线的上侧或下侧 基准线一般与标题栏的长边相平行 必要时 也可与标题栏的长边相垂直 箭头线用细实线绘制 箭头指向有关焊缝处 必要时允许箭头线折弯一次 当需要说明焊接方法时 可在基准线末端增加尾部符号 4 1焊缝符号及标注5 指引线 3 箭头线与焊缝位置的关系箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求 箭头线可以标在有焊缝一侧 也可以标注在没有焊缝一侧 如图所示 4 1焊缝符号及标注5 指引线 4 基本符号相对基准线的位置为了在图样上能确切地表示焊缝位置 标准中规定了基本符号相对基准线的位置 如果焊缝接头在箭头侧 则将基本符号标在基准线的细实线一侧 如图a所示 如果焊缝接头不在箭头侧 则将基本符号标在基准线的虚线一侧 如图b所示 标注对称焊缝及双面焊缝时 可不画虚线 如图c所示 4 1焊缝符号及标注6 常用焊缝的尺寸标注法 1 焊缝横截面上的尺寸 标在基本符号的左侧 2 焊缝长度方向的尺寸 标在基本符号的右侧 3 坡口角度 坡口面角度 根部间隙b标在基本符号的上侧或下侧 4 相同焊缝数量及焊接方法代号标在尾部 5 当需要标注的尺寸数据较多 又不易分辨时 可在数据前面增加相应的尺寸符号 焊缝的标注示例 焊缝的标注示例 续 4 2焊接接头及坡口型式常见的焊接接头有对接接头 T形接头 角接接头和搭接接头等四种 如图所示 焊接接头的选择 主要根据焊接结构形式 焊件厚度 焊缝强度要求及施工条件等来选择 焊缝的规定画法工件经焊接后所形成的接缝称为焊缝 如需在图样中简易地绘制焊缝时 可用视图 剖视图或断面图表示 也可用轴测图示意地表示 焊缝的规定画法 如图所示 4 2焊接接头及坡口型式1 对接接头对接接头容易焊透 受力情况好 应力分布均匀 连接强度高 焊接接头质量容易保证 受力均匀 在静载和动载作用下都具有很高的强度 且外形平整美观 是应用最多的接头形式 但对焊前准备和装配要求较高 通常使焊缝略高于母材板面 这加厚层造成了构件表面的不平滑 在焊缝与平材的过渡处引起应力集中 大型和要求较高的锅筒 压力容器上的对接焊缝一般要求打磨平整或喷九后出厂 4 2焊接接头及坡口型式1 对接接头 1 按照焊件厚度及坡口准备的不同 对接接头可分为不开坡口 单边V形 V形坡口 U形坡口 单边U形 K形坡口 X形坡口 U形V形混合坡口和双U形坡口等 见图 4 2焊接接头及坡口型式1 对接接头一般情况 手工电弧焊焊接6mm以下焊件和自动焊焊接14mm以下焊件时 可不开坡口 钢板超过上述厚度时 电弧不能熔透钢板 应考虑开坡口 开坡口可使热源伸入根部 保证焊透 且可降低热规范 减小热影响区和减少焊件的变形 钝边和间隙的尺寸若能很好配合 不仅可保证焊透 而且也可避免烧穿 未焊透等缺陷 坡口型式选择 主要根据被焊工件厚度 焊后应力变形大小 坡口加工的难易程度 焊条的消耗量以及焊接工艺等各方面的因素来考虑 4 2焊接接头及坡口型式1 对接接头 2 在不同厚度钢板对接时 由于接头处断面有突然变化 会造成应力集中 如焊缝两边钢板中心线不一致 受力时将产生附加弯矩 这些都将影响接头强度 双面或者单面削薄 图 4 2焊接接头及坡口型式2 T形接头根据工件厚度不同 将两块钢板互成直角连接在一起的焊缝接头称为T形接头 接头可分为不开坡口 单边V形坡口 双边V形坡口以及K形坡口 根据厚薄不同可用单面或双面焊 锅炉压力容器插入式管接头 人孔圈和筒体的焊接属于此类 广泛采用在空间类焊件上 具有较高的强度 如船体结构中约70 的焊缝采用了T形接头 未开坡口T形接头开坡口T形接头 4 2焊接接头及坡口型式2 T形接头对不开坡口的T形接头 应尽量避免采用单面角焊缝 因为 该种接头的根部有很深的缺口 且此种焊缝不能承受反方向的力矩 4 2焊接接头及坡口型式3 角接接头根据工件厚度不同 将两块钢板互成直角沿边沿连接在一起的焊缝接头称为角接接头 通常只起连接作用 只能用来传递工作载荷 4 2焊接接头及坡口型式3 角接接头图示为不允许的角接焊缝结构 这些角焊缝应力分布不均 在焊缝根部有较大应力集中 在压力容器的受压件上是禁止采用的 4 2焊接接头及坡口型式4 搭接接头焊前准备简便 但受力时产生附加弯曲应力 降低了接头强度 4 3焊接应力和变形结构焊接时总是要产生焊接变形和应力 在焊接过程中 焊件中产生的随时间而变化的变形和内应力分别称为瞬时变形和焊接瞬时应力 焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力 4 3 1焊接应力和变形产生的原因焊接对焊缝区不均匀的加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因 4 3焊接应力和变形4 3 1焊接应力和变形产生的原因焊接时 焊件进行局部加热 根据金属热胀冷缩的特性 产生abcde的变形 但钢板是一个整体 这种伸长不能自由地实现 钢板端而只能比较均衡地伸长 4 3焊接应力和变形4 3 1焊接应力和变形产生的原因冷却时 由于焊缝附近金属在焊接过程中已发生了不可恢复的压缩塑性变形 它同样受到两侧金属的约束 为保持整体的一致性 而均衡地收缩了 且焊缝区要产生一定量的弹性拉伸 两侧金属产生一定量的弹性压缩 于是在焊缝区及其附近的金属中就存在拉应力 在两侧金属中则存在压应力 构件中的应力处于平衡状态 由此可知 平板对接焊后比焊前缩短了 同时焊缝区产生了拉应力 远离焊缝的两侧金属受压应力 即室温下保留下来焊接应力与变形 焊接残余应力和残余变形 4 3焊接应力和变形4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除焊接应力可分为热应力 拘束应力 相变应力和焊接残余应力 焊接残余应力往往数值很大 在厚度较大的焊接结构中 焊接残余应力一般可达到材料的屈服极限 1 焊接应力的分类 1 纵向应力 沿着焊缝长度方向的应力 2 横向应力 垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力 3 厚度方向应力 垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力 4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除2 焊接残余应力的分布 1 焊缝纵向应力 x沿着焊缝纵向的应力称为纵向应力 x 把垂直于焊缝纵向的应力称为横向应力 y 焊缝及其附近的压缩塑性变形区内 x的为拉应力 其值一般可达材料的屈服强度 4 3焊接应力和变形4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除2 焊接残余应力的分布 2 焊缝横向应力图为一定长度平板焊缝中横向应力 y的分布 焊缝及其附近的压缩塑性变形区内 y为拉应力 两端为压应力 离开焊缝中心越远 y迅速衰减 厚板焊接结构中除了纵向应力和横向应力外 还存在沿厚度方向的应力 这三个方向内应力在厚度方向分布极不均匀 厚板电渣焊时焊缝中心出现三轴向拉应力 随板厚的增加而增加 但在表面为压应力 4 3焊接应力和变形4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除3 焊接残余应力的影响 1 对结构强度与受压件稳定性的影响在构件承受拉伸载荷时 焊接残余内应力将与载荷应力相叠加 从而影响构件的强度 2 对构件脆性断裂的影响增大了构件的名义应力 加上焊接接头区材料韧性的下降和焊接缺陷的产生 都会促使构件在外载不大的情况下发生低应力脆断 3 对疲劳强度的影响 焊缝区的残余拉应力能提高结构平均拉应力值 使疲劳寿命降低 4 3焊接应力和变形4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除3 焊接残余应力的影响 4 对焊件加工精度和尺寸稳定的影响 5 对裂纹扩展的影响评定焊接区裂纹状态时 必须考虑焊接残余应力 在计算裂纹扩展驱动力 应力强度因子KI时 残余应力 r用拉应力的当量值 3来考虑残余应力对裂纹扩展的贡献 即 3 r r其中 r和裂纹的类型 穿透裂纹 埋藏裂纹 表面裂纹 及裂纹方向 和熔合线平行的裂纹 和熔合线垂直的裂纹 角焊缝裂纹 有关 4 减少和消除焊接残余应力的措施与方法从设计和焊接工艺两方面减少焊接残余应力 1 设计上减少焊接应力的核心是正确布置焊缝 从而避免应力叠加 降低应力峰值 尽量减少焊缝数量 减少焊缝尺寸和长度 焊缝应避免过分集中 图 有足够距离 要尽可能避免交叉 以免出现三向复杂应力 焊缝不要布置在高应力区及断面突变的地方 以避免应力集中 采用刚性较小接头表式 翻边替插入管 4 3焊接应力和变形4 3 2焊接残余应力的分布 影响和消除4 减少和消除焊接残余应力的措施与方法 2 工艺上减小焊接应力的方法 采用合理的焊接顺序和方向 让大多数焊缝在刚性较小的情况下施焊 缩小焊接区与结构整体之间的温差 从而础小焊接内应力 整体预热 采用较小的线能量 锤击焊缝 减小焊接应力与变形 减少氢含量及消氢处理 3 消除残余应力方法主要是焊后消除残余应力 对厚度超过一定尺寸的锅炉 压力容器受压元件 均应进行焊后热处理以消除内应力 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法工件焊后一般都会产生变形 如果变形量超过允许值 就会影响使用 变形产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却 因为焊接时 焊件仅在局部区域被加热到高温 但加热区域金属因受到周围温度较低的金属阻止 却不能自由膨胀 而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩 结果这部分加热的金属存在拉应力 而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力 当这些应力超过金属的屈服极限时 将产生焊接变形 当超过金属的强度极限时 则会出现裂缝 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法焊接变形的形式焊接变形可能是多种多样的 最常见的有五种基本形式或者是这几种变形的组合 图 a 是平板对接焊接以后产生的纵向和横向收缩变形 图 b 是平板对接后的角变形 图 c 是圆筒件焊缝布置偏离焊件形心轴形成的弯曲变形 图 d 是薄壁焊件焊后产生的波浪形变形 此外 在梁柱结构焊接时还易出现扭曲变形 其中收缩变形 弯曲变形属整体变形 而另外几种形式为局部变形 4 3焊接应力和变形4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法2 焊接变形的影响因素 1 焊缝位置对焊接变形的影响焊缝在结构中布置对称 只产生纵向和横向缩短 但当焊缝在结构中布置不对称时 则会引起弯曲变形 而当焊缝截面重心偏离接头截面重心时 则会产生角变形 2 结构刚性的影响 受同样大小的力 刚性大的结构变形小 刚性小的结构则变形大 焊接变形总是沿着结构或焊件刚性的约束最小的方向进行 4 3焊接应力和变形4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法2 焊接变形的影响因素 3 装配和焊接次序的影响 条焊缝焊接时的刚性约束大小取决于装配焊接程序 对截面对称 焊缝对称焊接结构 可采用先装配成整体的方法 而对复杂焊接结构 因为焊缝多 各焊缝引起的变形相互影响 难以控制 因此必须采用部分装配 焊接 再装配 再焊接次序 以控制总体焊接变形 4 其他影响因素 变形和坡口型式 装配间隙 焊接规范 焊接方法也密切相关 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法3 控制焊接变形的方法为了控制和减小焊接变形 应采用必要的合理设计方案和工艺措施 1 合理的设计保证承载能力条件下 应尽量减小焊缝数量 长度和尺寸 应合理安排焊缝的位置 使结构中所有焊缝尽量对称于截面中性轴 或接近中性轴 以减小焊件的变形 2 必要的工艺措施 预留收缩余量 在工件备料时加一定收缩余量 一般焊缝的纵向收缩量按焊缝的长度来计算 数值和坡口 接头型式及板厚有关 反变形法用经验或计算方法 须先判断工件在焊后可能发生变形大小和方向 在焊前装配时 预先将焊件向将要变形的反方向摆放或人为变形 控制得当 可使得到正确形状 防止残余变形 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法 选择合理的焊接方法和规范采用能量集中热源和快速焊接方法 合理的装配焊接次序把大型结构适当地分成几个部件 分别装配焊接 然后再拼焊成整体 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法 刚性固定法 焊前将结构固定夹紧 依靠外加约束减小焊接变形 但是刚性夹持阻止了焊件的自由收缩 将在构件内部产生较大内应力 应针对焊件材料和结构形式慎重选择 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法 采用合理的焊接顺序 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法4 矫正焊接变形方法即使采用控制变形方法 构件焊接后难以避免产生变形 当焊件超出产品技术要求所允许焊接变形时 都要求焊后进行矫正 使之符合产品质量要求 矫正的实质是使焊接构件产生新的变形 以抵消焊接时所发生的变形 矫正焊接变形的过程往往增加构件的内应力 因此矫正变形之前最好先消除焊接残余应力 以免矫正变形时构件发生局部破裂 生产中常用机械矫正和火焰加热矫正 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法4 矫正焊接变形方法 1 机械矫正法 机械矫正法是用机械加压或锤击冷变形方法 产生塑性变形来矫正焊接变形 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法4 矫正焊接变形方法 2 火焰矫正法 火焰加热矫正法是利用火焰局部加热后的冷却收缩 来抵消该部分伸长变形 加热部位必须正确 火焰加热矫正的加热温度一般为600 800 4 3 3焊接变形的形式 影响因素及控制方法4 矫正焊接变形方法 3 矫形时 要特别注意钢种 对耐腐蚀设备不宜用锤击 以防应力腐蚀 对具有晶间隙蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材不宜用火焰矫形 对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形 因该法易产生冷作硬化 4 4焊接工艺要素和规范焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素 在工厂中 目前以焊接工艺细则卡来规定焊接工艺的要素 焊接工艺细则卡的编制依据是相应的焊接工艺评定试验结果 焊接工艺细则卡规定的焊接工艺要素 焊前准备 焊接材料的牌号及规格 焊接工艺规范参数 操作技术 焊后检查等 4 4焊接工艺要素和规范4 4 1焊前准备1 坡口加工 1 剪切 常用于不开坡口的薄板此法生产率高 加工方便 加工后边缘平直 但在剪床上不能剪切厚钢板 也不能加工有角度的坡口 一般适用于25mm以下板厚 2 刨边 用于直边坡口用刨床或刨边机加工直边坡口 加工质量好 坡口平直 精度高 4 4 1焊前准备1 坡口加工 3 车削 用于管子坡口车削可加工出各种型式的坡口 厚壁筒体的U型坡口常用这种加工方法 对较长 较重等无法搬动的管子可用移动式的管子坡口机 小直径薄壁管子可用手动式坡口机 大直径厚壁管子则可采用电动车管机 4 氧乙炔切割 应用最广的加工坡口方法利用气割可以得到任何角度的V形 X形 单边V形 K形等坡口 更适合厚钢板的切割 生产率高 气割有手工 半自动和自动 可同时安装二三把割炬 能将V形 X形坡口一次切成 质量好 生产率高 4 4 1焊前准备1 坡口加工 5 铲削 用于加工坡口 清焊根用风铲来铲削坡口 劳动强度较大 噪声严重 这种方法已日益被碳弧气刨所代替 6 碳弧气刨 常用于清焊根碳弧气刨效率比风铲高 劳动强度小 特别在开u形坡口时更为显著 正在逐渐取代风铲 缺点是要用直流电源 刨割时烟雾大 要采取排烟措施 4 4 1焊前准备2 坡口清洗 1 坡口两侧的内 外表面必须清除锈斑 氧化膜和油垢等污染 这是防止焊缝产生气孔和裂纹的有效措施 2 手工电弧焊清理宽度为20mm范围 埋弧自动焊为30mm 电渣焊为40mm 3 焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法 如TIG焊 MIG焊 PAW焊等 更应重视 4 4 1焊前准备3 坡口装配 1 焊件组装时 接头两侧边缘必须相互对准 焊件组装后应进行错边量检查 在压力容器制造中 对接接头错边量的要求较高 A B类焊缝对口错边量应符合下表规定 4 4焊接工艺要素和规范4 4 2焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数包括焊前的预热温度 焊接电参数 电流 电压 电流种类 频率 焊接和送丝速度等 后热温度和保温时间 消氢处理温度和保温时间 焊后热处理和消除应力处理制度等 在气体保护焊中 还应包括气体种类 混合比和流量等 1 焊前预热温度的选定 降低焊接热影响区的冷却速度 避免淬硬组织的形成 防止冷裂纹并改善热影响区塑性 减小焊接区的温度梯度 从而降低焊接接头的内应力 4 4焊接工艺要素和规范4 4 2焊接工艺规范参数 扩大焊接区加热范围 使焊接接头在较宽区域内处于塑性状态 减弱焊接应力的不利影响 改变焊接区的应变集中区部位 降低了促使冷裂纹形成的应力峰值 延长焊接区在l00 以上停留时间 有利于焊缝金属中氢逸出 降低氢致裂纹危险 对于结构简单的焊件 可按表4 7规定的温度范围进行预热 4 4焊接工艺要素和规范4 4 2焊接工艺规范参数2 焊接电参数 1 在使用连续的交流电和直流电焊接时 焊接规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流 2 在采用脉冲电流焊接时 电参数还包括电流的交变频率 通断比 基本电流和峰值电流值 3 焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔透 无裂纹并获得成形良好的焊道 同时还应保证接头的性能满足技术条件规定的各项要求 因而在选择电参数时要考虑焊接热输入量对接头性能的影响 手工电弧焊焊条直径选择及相应的焊接电流范围见表4 8 4 4 2焊接工艺规范参数3 焊后加热和消氢处理焊后加热是指焊后将焊件或焊接区立即加热到150 250 保温一定时间 该工艺简称后热 若以消氢为目的 后热处理应在300 400 温度范围内进行 这种处理就称为 消氢处理 其要点是每条焊缝焊完后立即将焊件或整条焊缝加热到上述温度 并保温2 4h后空冷 4 焊后热处理常用的焊后热处理有 1 水调质处理 即水淬加回火处理 淬火后回火处理的温度对焊接接头的性能有很大影响 回火温度应在在AC3以上50 100 4 4 2焊接工艺规范参数4 焊后热处理对一种钢材最适用的回火温度范围可通过预先的回火处理试验来确定 2 正火或正火加回火 厚壁筒节纵缝电渣焊缝晶粒粗大 达不到所要求的力学性能 因此焊后必须作正火处理以细化晶粒 某些采用埋弧焊焊成的筒节也可能在热校和热整形过程中经受正火处理 正火温度应在该种钢材AC3以上30 50 过高的正火温度会导致晶粒的长大 起不到正火的效果 保温时间按1 2min min壁厚计算 保温结束后将工件放在平静空气中冷却 4 4 2焊接工艺规范参数4 焊后热处理 3 消除应力处理当压力容器的壁厚超过下表所列的界限就必须将其作消除应力处理 消除应力处理的作用 消除残余应力 稳定构件尺寸 改善构件母材与焊接接头的性能 析出焊接区域的有害气体 防止延迟裂纹 提高构件抗应力腐蚀的能力 提高耐疲劳强度 4 5焊接工艺评定4 5 1压力容器焊接工艺评定的要求锅炉压力容器焊接工艺内容泛 任何一种焊接工艺要素的改变都会对接头性能产生影响 对将用于生产的每项焊接工艺应作相应评定 焊接工艺评定是按采用焊接工艺在接近实际生产条件下焊制模拟产品试板 并从焊成试板中按产品的技术条件截取拉力 弯曲和冲击韧性试样 并将焊接条件变化是否影响接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则 如果所有试样的检验结果全部符合技术要求 则证明所编制的焊接工艺是可行的 可根据工艺评定报告拟定正式的焊接工艺细则卡 4 5焊接工艺评定4 5 1压力容器焊接工艺评定的要求焊接工艺评定也可用以评定施焊单位是否有能力焊出符合规程和产品技术条件所要求的焊接接头 验证施焊单位制订的焊接工艺指导书是否合适 焊接工艺评定是在焊接性试验基础上进行的生产前工艺验证试验 应在制订焊接工艺指导书以后焊接产品以前进行 4 5焊接工艺评定4 5 2焊接工艺评定试验焊接工艺评定用试板应具有足够的尺寸 对手工电弧焊 氩弧焊和CO2气保焊 试板尺寸至少为300mm 500mm 对于埋弧焊至少应为400mm 600mm 电渣焊500mm 800mm 焊接工艺评定试板焊完后 应按焊接工艺规定进行焊后热处理 然后按下图取样 并加工成拉力 弯曲和冲击试样 图4 18 各种试样尺寸和加工精度按相应的国家标准的规定制作 试验结果应符合产品技术条件要求 容器壳体上的管接头可按下焊制模拟试板并取宏观试样检验 图4 19 4 5焊接工艺评定4 5 3焊接工艺评定的特点和一般过程1 拟定焊接工艺指导书 由具有专业知识和实践经验焊接工艺人员 根据钢材焊接性能试验 结合产品特点 制造工艺条件来拟定 内容包括焊接工艺重要因素 补加因素和次要因素 2 按照焊接工艺指导书和标准规定来施焊试件 检验及测定试样性能 填写焊接工艺评定报告 如果评定不合格 应修改焊接工艺指导书继续评定 直到评定合格 3 经评定合格的焊接工艺指导书可直接用于生产 也可以根据焊接工艺指导书 焊接工艺评定报告结合实际生产条件 编制焊接工艺卡 用于产品施焊 4 6焊接裂纹及控制焊接裂纹是指焊接过程中或焊后一段时间内 由于焊接的原因 冶金 材料或内外力 在焊接接头范围内产生的金属材料分离现象 局部断裂 裂纹是一种最危险的焊接缺陷 其特点为端部尖锐 而且分离宽度 张开位移 比裂纹长度小得多 防止焊接裂纹是焊接结构设计和制造的重大内容 4 6焊接裂纹及控制4 6 1焊接裂纹的分类焊接裂纹种类繁多 其区分方法也随人们对裂纹实质认识不断加深而有很大不同 下表是目前通用的按裂纹发生时期和部位来分类方法 4 6焊接裂纹及控制4 6 2焊接裂纹形成的一般条件高强钢桥梁 造船钢结构 冷裂纹 占90 石化装置或动力设备 热裂纹则占多数 珠光体耐热钢 其再热裂纹又很容易出现 裂纹的产生有两个原因 1 拘束造成的应力应变是造成开裂的主要原因之一 开裂过程必须要求有一定的应力作用 而焊接过程中的局部不均匀加热过程必然造成接头在焊接的冷却过程中由于结构整体的拘束而受到拉伸应力应变 2 一定材料在某一温度区间 由于存在致脆因素 使接头具体部位在拉伸应力作用下发生开裂 4 6 3焊接裂纹1 热裂纹 1 焊接热裂纹的特征热裂纹具有以下形态特征 有别于其他裂纹 裂纹大多在焊缝表面开口 且有氧化色彩 裂纹往往产生于树枝晶会合处 在焊缝横截面中心沿纵长方向产生 裂纹一般沿晶界 具有高温沿晶断裂性质 大多数发生在凝固过程中 也有凝固之后 2 形成机理 焊缝凝固过程中当存在低熔点共晶体时 由于焊接冷却速度快 当晶粒已凝固 而晶界处于液态 变形阻力几乎为零时 若焊接拉应变很大 可能使晶界拉开 形成裂纹 1 热裂纹 3 影响因素 焊缝化学成份的影响焊接中的许多低熔共晶体是焊接冶金反应的产物 凡能产生低熔共晶体的元素都是促进热裂的元素 凡能细化晶粒或产生高熔点化合物或能使低熔点共晶体成球状或块状分布的元素均对抑制热裂有效 1 热裂纹 3 影响因素 焊缝断面形状的影响深而窄的焊缝由于宏观偏析主要集中于焊缝中间 易形成热裂纹 为此在厚板埋弧自动焊时要特别注意调节焊接电流与电弧电压的比例 使焊缝形状系数大于1 3 1 5 手弧焊时焊缝截面小 电流低 不易造成深而窄的焊缝 影响焊缝形状系数的因素 1 热裂纹 3 影响因素 焊接工艺及焊件结构的影响焊件结构和焊接工艺直接影响到焊接接头的拘束度 反映在焊接拉伸应变大小上 它对热裂纹的影响属于力学因素 1 热裂纹 4 预防焊接热裂纹的措施 预防热裂纹的基本措施是严格控制焊缝化学成份 限制碳 硫 磷杂质元素含量 也可在焊接材料中加入足够脱硫剂 采取工艺措施 如焊前预热 伴热 用大线能量施焊 应保证焊缝形状系数不过小 尽量降低焊件刚性等 减小焊接内应力 2 冷裂纹 1 冷裂纹的特征冷裂纹是焊接低合金高强度钢 中合金钢和中碳钢等易淬火钢材时最易产生的焊接缺陷 产生于焊缝金属凝固之后 一般产生于马氏体转变温度以下或常温 主要产生热影响区 产生焊缝区可能性极小 常具有延迟性 2 冷裂纹 2 冷裂纹的特征冷裂纹是焊接低合金高强度钢 中合金钢和中碳钢等易淬火钢材时最易产生的焊接缺陷 产生于焊缝金属凝固之后 一般产生于马氏体转变温度以下或常温 主要产生热影响区 产生焊缝区可能性极小 常具有延迟性 2 产生原因 冷裂纹产生的本质 是焊件热影响区的低塑性组织 淬硬组织 焊接接头中的氢和焊接应力综合作用的结果 2 冷裂纹 3 影响因素 淬硬作用易淬火钢在焊接时过热区会产生粗大马氏体组织 从而使热影响区金属的塑性下降 脆性增加 当受到大的焊接拉应力作用时就易开裂 氢的作用氢所诱发的冷裂纹 从潜伏 萌生 扩展 以至开裂具有延迟断裂和特征 至于延迟时间长短和氢的浓度以及焊接接头的应力水平有关 2 冷裂纹 3 影响因素 焊接应力的作用 当焊接应力为拉应力并与氢的析集和材料淬火硬化同时发生时 极易发生冷裂纹 厚板焊接更易在根部产生冷裂纹 一是厚板刚性大 二是厚板冷却速度快 促使产生淬火组织 从而产生较大的焊接应力所致 2 冷裂纹 4 预防冷裂纹的措施冷裂纹是三个因素的综合作用 排除或削弱其中任何一个因素都对防冷裂有利 若仅存在某一因素的作用 冷裂纹也不致产生 最大限度地降低焊缝氢含量 焊条和焊剂要高温烘干 去除潮气 清除坡口区域的油锈水 焊后加热到200 300 以利于氢扩散逸出 焊前预热 焊后缓冷 用预热 伴热和焊后热处理以及采用大线能量施焊均利于氢的逸出和降低淬火倾向 严格控制母材含磷量 以防冷脆 采取有利于降低焊接残余应力的措施 3 再热裂纹 1 再热裂纹的特征 再热裂纹是在焊后消除应力热处理再加热到540 930 范围内产生的 裂纹沿热影响区的粗晶区的晶粒用界扩展 呈分枝状的晶间裂纹 裂纹扩展到焊缝或母材的细晶粒区就终止了 2 再热裂纹形成机理焊后消除应力热处理再加热受到550 700 时经过保温 合金碳化物弥散析出在位错线上 强化了晶内 同时粗晶区晶界的强度低 塑性差 再加热过程中 残余应力释放 晶界强度又低于晶内 导致晶界开裂 3 再热裂纹 3 影响因素影响再热裂纹的因素很多 如母材的化学成分 拘束状态 焊接规范 焊条强度 消除应力规范和使用温度等 化学成份主要影响热影响区晶界塑性 拘束状态 焊接规范影响焊接残余应力大小 消除应力热处理规范或使用温度主要影响再热作用下所引起的塑性应变量和合金碳化物弥散析出程度 因此 热影响区粗晶区的塑性变形能力 焊接残余应力和再热引起的塑性应变量是影响再热裂纹的三个基本因素 3 再热裂纹 4 预防再热裂纹的措施一是改善焊接热影响区粗晶区的塑性 二是减少焊接残余应力 选用再热裂纹敏感性小的母材 是根本措施 采取一切有利于降低残余应力的措施 避免焊接残余应力与其他应力 结构应力 再热过程中的热应力等 的复合 采用低匹配焊接材料利于吸收变形 在确保消除应力效果的前提下 尽量采用较低再热温度和较短保温时间 如果能以略低于预热温度的后热来代替再热 则以后热为好 4 层状撕裂 1 层状撕裂的特征 是在焊缝快速冷却过程中 在板厚方向焊接拉伸应力作用下 在钢板中产生与母材轧制表面平行裂纹 常发生T形 K形厚板接头中 层状撕裂是在常温下产生的裂纹 大多数在焊后冷却到150 以下或室温以后产生 但是 当结构拘束度很高和钢材层状撕裂敏感性较高时 在300 250 范围内也可能产生 4 层状撕裂 2 造成层状撕裂的主要因素 夹杂物的影响 夹杂物是造成钢材各向异性的主要原因 也是层状撕裂的发源地 母材性能的影响 金属基体本身的塑性 韧性对层状撕裂有重要影响 塑性 韧性差 就意味着抗层状撕裂的能力差 拘束应力的影响 任何焊接裂纹都是在拉伸应力的作用下发生的 层状撕裂也不例外 只有在角接接头和T形接头这类易形成较大两向拘束应力的情况下 才会引起层状撕裂 4 层状撕裂 3 层状撕裂的预防措施层状撕裂修复困难 对这种缺陷主要是预防 当焊接接头的拘束程度可能会导致层状撕裂时 就应对所用钢板进行层状撕裂敏感性评定 并选用对层状撕裂敏感性低的钢板 采用合理的坡口型式 尽可能使焊缝熔合线同钢板成一角度 对层状撕裂比较敏感的钢种 如设计允许 可用强度等级较低 塑 韧性较好的焊接材料 降低钢板厚度方向的应力 钢种的层状撕裂敏感性较高 可在焊接坡口处的钢板表面预先堆焊几层低强度的焊缝金属 4 7锅炉压力容器用钢的焊接工艺特点 4 7锅炉压力容器用钢的焊接工艺特点4 7 1低碳钢焊接工艺制造锅炉受压元件的低碳钢主要有Q235 ABCD 20g钢板和10 20 20G钢管 这些材料主要用来制造工业锅炉的锅筒 管束 集箱等 碳钢强度低 所以高压或超高压以上的自然循环锅炉锅简一般不采用低碳钢 而是采用低合金结构钢 但美 日些锅炉制造厂习惯上仍采用低碳钢来制造锅炉锅筒 如SA299钢板 低碳钢碳含量低 没有淬硬倾向 可焊性好 工艺性能好 焊接性能良好 不必采用特殊的焊接工艺 通常一些薄壁件也不需要焊后热处理 可采用所有的焊接方法进行焊接 并能获得性能良好的焊接接头 4 7 2低合金高强度钢的焊接工艺锅炉压力容器广泛采用低合金高强度钢 常用的钢种有16Mng 19Mng 22Mng 20MnG 25MnG 13MnNiMoNbg 可以分成两类 1 屈服极限小于400MPa16Mng 19Mng 22Mng 20MnG 25MnG等 Mn含量提高了钢的强度 但未损害钢的塑性和韧性 碳含量低 没有淬硬倾向 可焊性好 工艺性能好 2 屈服极限大于400MPa13MnNiMoNbg等 电弧焊时 各种冷却速度下都可能在热影响区内形成马氏体组织 焊缝和热影响区对冷 热 再热裂纹都比较敏感 4 7 2低合金高强度钢的焊接工艺使用碱性低氢焊条 烘干后随用随取 焊前预热和焊后低温消氢处理相配合 防止强度级别较高的低合金钢产生冷裂纹 采取适当的焊接规范以控制焊接冷却速度 对于有过热倾向而又有一定淬硬性的钢 可以用线能量小的规范 以减少高温停留时间 同时采用预热来减小过热区的淬硬性 尽量减少结构的刚性和装配应力 禁止强力组装 并采用合理的焊接顺序 采用焊后热处理 以减少焊缝残余应力和改善组织状态 4 7 3珠光体耐热钢的焊接工艺珠光体耐热钢正火后组织为珠光体 具有足够的蠕变强度和抗氧化能力 中高压以上的锅炉过热器 再热器管束 集箱等 常用的有 15MoG 20MoG 15CrMoG 12Cr2MoG 12Cr1MoVG 12Cr2MoWVTiB 12Cr3MoVSiTiB 1 含有不等的合金元素Cr Mo V 这类钢焊接时焊缝和热影响区易形成淬硬组织 使焊接接头脆性增大 容易产生裂纹 2 产生冷裂纹及再热裂纹倾向 焊前预热 焊后缓冷 任何厚度的耐热钢焊接接头焊后都应进行热处理 以消除残余应力 加快接头中氢的逸出 避免冷裂纹产生 4 7 49 12 Cr马氏体型耐热钢焊接工艺9 12 Cr系马氏体型耐热钢具有很高的蠕变断裂强度和抗氧化能力 填补了低合金钢和奥氏体钢之间空白 其中10C9Mo1VNb钢625的蠕变断裂强度和奥氏体钢0Cr18Ni9等强度 10Cr9MoW1 6VNb 10Cr12MoW2VNb的性能则更加优异 是下一步发展更高参数 更大容量的超超临界发电机组主力钢种 1 含有不等的合金元素Cr Mo V Nb等 这类钢焊接时焊缝和热影响区易形成淬硬组织 使焊接接头脆性增大 容易产生裂纹 2 焊前预热 焊后进行热处理 避免产生冷裂纹 任何厚度的耐热钢焊接接头焊后都应进行热处理 以消除残余应力 加快接头中氢的逸出 避免冷裂纹产生 4 7 5奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体钢具有高的热强性和优良的抗氧化性 抗腐蚀能力 是高蒸汽参数的锅炉过热器 再热器管材高温段主要用钢 我国比较典型有18 8 国外15 10型 25 20型奥氏体不锈钢 1 奥氏体钢焊接主要问题晶间腐蚀是18 8型奥氏体钢最危险破坏形式之一 特点足腐蚀沿晶界深入金属内部 导致脆性破坏 引起金属力学性能显著下降 晶间腐蚀典型过程是不锈钢焊后450 850 温度范围停留一段时间后 碳向奥氏体晶粒边界扩散 并和铬化合析出碳化铬 而铬扩散速度小 来不及向边界扩散 补充 即造成奥氏体边界贫铬 使晶间丧失抗腐蚀性能 产生晶间腐蚀 4 7 5奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体钢焊接工艺 1 控制含碳量 碳是造成晶间腐蚀的主要因素 如含碳量很小 则碳全部溶解在固溶体中 不易扩散产生晶间腐蚀 焊接材料的含碳量应控制在0 08 以下或更低 0 04 可提高焊缝抗晶间腐蚀性能 2 添加稳定剂 在焊接材料中加入钛 钽 铌 锆和碳亲和力比铬强元素 能够与碳结合成稳定的碳化物 从而避免在奥氏体晶界造成贫铬 可提高抗晶间腐蚀能力 4 7 5奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体钢焊接工艺 3 采用合理的工艺措施 为防止奥氏体钢在450 850 停留时间过长 产生晶间腐蚀 焊奥氏体钢时 一般不预热 应尽可能采用大的焊接速度 短弧和焊条不作横向摆动 多道